Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой 10 С. Чему равна сила тока в нагревателе, если известно, что напряжение в сети 220 В, а КПД нагревателя равен 45%.
Решение.
КПД нагревателя можно выразить формулой
,
где Q – количество теплоты, сообщенное воде; A – работа, затраченная нагревателем. Работу A можно найти по формуле
,
где 
минут = 1200 секунд – время работы нагревателя. Количество сообщенной теплоты найдем как
,
где 
— удельная теплоемкость воды; m=2,2 кг – масса воды. Объединяя все три формулы, имеем:
,
откуда
.
Подставляем числовые значения, получаем:
А.
Ответ: 7.
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику напряжением 15 В. На сколько градусов нагреется калориметр с водой за 11 с? Потерями энергии на нагревание окружающей среды пренебречь.
Решение.
Количество теплоты, которое необходимо затратить для изменения температуры калориметра на 
, равно
,
где 
— теплоемкость алюминиевого калориметра; 
— теплоемкость воды; 
— масса калориметра; 
— масса воды. Количество теплоты Q будет равно работе, совершаемой спиралью при нагревании, то есть
,
где 
секунд – время работы спирали. Объединяя эти формулы, имеем:
,
откуда
.
Подставляя числовые значения, получаем:
.
Ответ: 2,25.
С высоты 2 м вертикально вниз бросают мяч. Абсолютно упруго отразившись от горизонтальной поверхности, мяч поднимается на высоту 4 м. С какой скоростью бросили мяч?
Решение.
Пусть мяч бросают с начальной скоростью 
м/с и он отражается от поверхности со скоростью 
м/с.
Вся начальная потенциальная энергия мяча на высоте 2 метра в точке отражения полностью перейдет в кинетическую, то есть кинетическая энергия мяча в нижней точке равна
,
то есть
. (1)
Скорости должна быть такой, чтобы мячик поднялся на высоту 4 метра. Другими словами, вся начальная кинетическая энергия должна перейти в потенциальную на высоте 4 метра:
,
откуда
. (2)
Объединяя формулы (1) и (2), получаем:
Подставляя числовые значения, получаем:
м/с.
Ответ: 6,3.
Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?
Решение.
Мощность электрического тока в реостате определяется формулой
,
где 
В – напряжение на реостате; 
Ом – сопротивление реостата. Так как нагреватель и реостат включены последовательно, то общее напряжение в сети U=220 В складывается из падений напряжений на нагревателе U2 и реостате U1:
,
откуда
В.
Учитывая, что при последовательном соединении приборов, через них протекает один и тот же ток I, который можно найти как
А
и из закона Ома вычисляем сопротивление нагревателя:
Ом.
Ответ: 20.
Воду массой 1,5 кг нагрели до температуры кипения за 5 мин. Мощность электрического чайника равна 2 кВт, КПД чайника — 84%. Какова была начальная температура воды?
Решение.
КПД чайника можно представить как отношение полезной работы (количество теплоты Q, затраченное на нагревание 1,5 кг воды до температуры кипения 100 °С), к затраченной работе A:
.
Количество теплоты Q можно выразить формулой
,
где 
— удельная теплоемкость воды; m=1,5 кг – масса воды; 
— конечная температура воды; 
— начальная температура воды.
Затраченную работу A можно определить как произведение мощности чайника на время работы чайника:
.
Подставляя данные выражения в формулу КПД, получаем:
откуда начальная температура
.
Ответ: 20.
Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. Какую массу воды можно нагреть на 30 °С за 14 мин, если нагреватели будут включены последовательно в электросеть с тем напряжением, на которое рассчитав каждый из них? Потерями энергии пренебречь.
Решение.
Мощность одного нагревателя определяется выражением
,
где R – сопротивление спирали нагревателя. Если нагреватели включить последовательно, то сопротивления их спиралей сложатся и станут равны 2R, то есть их суммарная мощность станет равна
.
В соответствии с законом Джоуля-Ленца за t=14 минут = 840 секунд выделится количество теплоты, равное
.
Это количество теплоты тратится на нагревании воды массой m на 30 °С:
,
где 
— удельная теплоемкость воды. Приравнивая последние две формулы, получаем:
,
откуда масса воды
кг.
Ответ: 2.
Горизонтальный проводник длиной 50 см, электрическое сопротивление которого равно 2,6 Ом, находится в горизонтальном однородном магнитном поле индукцией 0,02 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Какая сила со стороны магнитного поля действует на этот участок проводника, если к его концам приложено напряжение 10,4 В?
Решение.
На проводник действует сила Ампера, равная
.
Сила тока I в соответствии с законном Ома равна
.
Следовательно, сила, действующая на участок проводника, равна
Н.
Ответ: 0,04.
Горизонтальный проводник длиной 25 см, электрическое сопротивление которого равно 2,4 Ом, подвешен на двух тонких вертикальных изолирующих нитях в горизонтальном однородном магнитном поле индукцией 0,02 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Какое напряжение приложили к проводнику, если общее натяжение нитей после замыкания ключа увеличилось на 20 мН?
Решение.
В соответствии с законом Ома 
. Запишем второй закон Ньютона для проводника без тока:
,
и для проводника с током:
,
где 
— сила Ампера. Из величины силы Ампера получаем:
и напряжение U равно
В.
Ответ: 9,6.
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой 10 °С. Чему равна сила тока в нагревателе, если известно, что напряжение в сети 220 В, а КПД нагревателя равен 45%? Электроплитка имеет три одинаковые спирали. Если в сеть все три спирали включены последовательно, то вода в кастрюле закипает через 36 мин. Через какое время закипит та же масса воды, если в ту же сеть спирали включить параллельно? Начальные температуры воды одинаковы. Сопротивления спиралей не зависят от условий работы.
Решение.
1. Количество теплоты, необходимое для нагревания 2,2 кг воды с 10 °С до 100 °С, равна
.
Это количество теплоты должно выделиться на нагревателе с КПД 
за t=20 минут = 1200 секунд:
.
Приравнивая эти выражения, получаем мощность нагревателя:
Вт.
Мощность нагревателя также равна 
, откуда
и
А.
Ответ: 7.
2. При последовательном соединении сопротивление спиралей равно 3R, где R – сопротивление одной спирали. Следовательно, при напряжении U за время t1 на этих спиралях выделится количество теплоты, равное
.
При параллельном соединении, каждая спираль подключена к напряжению U, и за время t2 выделится количество теплоты
.
Приравнивая эти величины, получаем:
,
следовательно,
минуты.
Ответ: 4.
ЕГЭ 2019 Физика Информатика Scratch 